來源：中國粉體網 山川

　　標簽氧化鋁高純氧化（huà）鋁（lǚ）氧化鋁陶瓷增韌技術陶瓷脆性 [導讀] 氧（yǎng）化鋁陶瓷增韌。

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　　作為先進陶瓷（cí）材料家族中為古老的一個成員（yuán），Al2O3陶瓷具有其他陶瓷材料不可比擬的（de）優異性能，如低成本、高強（qiáng）高硬、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等，在國防（fáng）工業、航空航天以及生物醫療等領（lǐng）域得到了廣泛的應用。

　　然而（ér），與（yǔ）眾多單（dān）體陶瓷材料類似（sì），Al2O3陶瓷晶體結構中原子排列的特征決定了其無法具有類似於金屬材料的塑性（xìng）變形能力，因此在斷裂過程中除了通過產生新的斷裂麵來增加表麵（miàn）能之外，幾乎沒有其他消耗（hào）斷裂能的（de）方式，這導致了Al2O3陶（táo）瓷的一個（gè）致命弱點——脆（cuì）性（xìng）。

　　Al2O3陶瓷的脆性本質是難（nán）以改變（biàn）的，但可以采取一些途徑予（yǔ）以改善。經過（guò）多年發展，形成了以引入增韌相材料為主（zhǔ）的提升Al2O3陶瓷韌性的方法。

　　顆粒增韌

　　顆粒增韌是提高陶瓷材料韌性的簡（jiǎn）單方法。對Al2O3陶（táo）瓷（cí）而言，顆粒增韌相材料（liào）主要（yào）是高延（yán）性的金屬顆粒或高彈性模量的非金屬（shǔ）顆粒。

　　作為增韌相，金屬顆粒（lì）主要是通過顆粒（lì）拔出、塑性變形等（děng）增韌機製促使Al2O3基體裂紋偏轉。此外（wài），金屬顆粒可以一定程度上抑（yì）製Al2O3晶粒生長，進而改善Al2O3陶瓷的燒結特性。常見的金屬（shǔ）顆粒（lì）主要有Al、Ni、Ti、Cu和Fe等。

　　然而，由於（yú）金（jīn）屬顆粒的彈性模量一般低於（yú）Al2O3陶瓷，因此金（jīn）屬顆（kē）粒增韌Al2O3複合材料具（jù）有相對偏低的硬度和強度。作為增韌（rèn）相，高彈（dàn）性模量的非金屬顆粒能夠提高Al2O3陶瓷的韌性，其增韌機製主要有（yǒu）顆粒拔出、釘紮和裂紋（wén）偏轉、橋聯（lián）等。常見的非金屬顆粒主要有SiC、Si3N4、TiC等。 來源：浙江蔚藍航盾精密陶瓷科技有限（xiàn）公司（sī）

　　相變增韌

　　純（chún）ZrO2在（zài）1000℃附近有固相轉變：正方相(t)→單斜相(m)，屬於馬氏體轉變，將產生（shēng）約3%~5%的體積膨脹。當裂紋（wén）擴展進（jìn）入含有t-ZrO2晶粒的區域時（shí），在（zài）裂紋尖 端應力場的（de）作用下，在裂紋尖 端（duān）形（xíng）成過程區，即過程區內的t-ZrO2將發生t→m相變，因（yīn）而除（chú）產生新的斷裂表麵而吸收能（néng）量外，還因相變時的體積效應(膨（péng）脹)而（ér）吸收（shōu）能量。同時由於過程區內t→m相變粒子的體（tǐ）積膨脹而對裂（liè）紋產生壓應力，阻礙（ài）裂（liè）紋擴展。具體體現（xiàn）在裂紋（wén）尖 端應力強度（dù）因子降低，即應（yīng）力誘發的這種組織轉變消耗（hào）了外（wài）加應力，降低了（le）裂紋尖 端應力強度因子。相對而（ér）言，即是提高了材料的裂紋尖 端臨（lín）界應力強度因子（zǐ）--斷裂韌性（xìng）。 ZTA陶瓷，來源：法國Nanoe 將ZrO2的t→m相（xiàng）變韌化作用及由於t→m相變而派生出來的顯微裂紋韌化與殘餘應力韌化作用引入Al2O3基體（tǐ）(即ZTA陶（táo）瓷)，可使韌性得到顯著提高。

　　纖維、晶須增韌

　　用纖維(或（huò）晶須)以（yǐ）一定的方式加入到陶瓷的基體中去，一方麵可以使高強度的纖維(晶須（xū）)來分擔外（wài）加的負荷，另一方麵可以（yǐ）利用纖維(或晶須)與陶瓷基體的弱的界麵結合來造就對外來（lái）能量的吸收係統，從而達到改善陶瓷材料脆性的目的。 碳納米管與石墨烯（xī）自發現以來，一直是國際上眾多科學家（jiā）關注和研究的前（qián）沿性課（kè）題，目前已有研究人員將其（qí）引入（rù）氧化鋁陶瓷中，發現其（qí）可以（yǐ）起到增韌（rèn）氧化鋁陶瓷的作用。

　　複（fù）合（hé）增韌

　　隨著對（duì）Al2O3陶瓷增韌的研究深入，為充分利（lì）用不同增韌方法的優點，彌補各自（zì）的不足，形成了多元協同增韌方法，即通過兩種及以上的一（yī）元增韌（rèn）方法協同作用進一步提高增韌效果的方法。多元協同增韌方法已受到研究人員的廣泛關注，常見的多（duō）元協同增韌方法有：顆粒/晶須、顆粒/相變、相（xiàng）變/晶（jīng）須、石墨烯(碳納米（mǐ）管)/顆粒(或相變、晶須)等。 例如，將ZrO2相（xiàng）變增韌和晶須增韌這兩（liǎng）種增韌同（tóng）時應用到Al2O3陶瓷中，產生十分明顯的增韌效果。 納米技術（shù）增韌 1987年德國的Karch等人首（shǒu） 次報道了所研製的納米陶（táo）瓷具有高（gāo）韌性與低溫超塑性行為，其研究結果（guǒ）第 一次向世界展示了納米（mǐ）陶瓷潛在的優異性能，為解決長期困擾人們的陶瓷（cí）的脆性問（wèn）題提供了一條新的思（sī）路。 在1990年，科學家Cahn指出：“納米陶瓷是解決陶瓷（cí）脆性的戰略途徑”。 一方麵，納米（mǐ）陶瓷由於晶粒的細化，晶界數量會大大增加，同時納米陶瓷的氣孔和缺陷尺寸減小（xiǎo）到一定尺寸就不會影響到材料的宏觀強度，結果可（kě）使材料的強（qiáng）度、韌性大大增加。另一方麵，在陶瓷基體中引入納米分散相並進行複合，不僅可大幅度提高其強度和韌性，明顯改善其耐高溫性能，而且也（yě）能（néng）提高材料的硬度、彈性模量和抗高溫蠕變等性能。因此，氧化鋁陶瓷納米化及納米複（fù）合目前已成為改善其斷裂韌性的重要途徑之一。

　　自增韌

　　通過引入添加劑或晶（jīng）種來誘導等（děng）軸狀（zhuàng）Al2O3晶粒異（yì）向生長成為如板狀、棒狀（zhuàng）、長柱狀形貌的晶粒來（lái）形成自增韌Al2O3陶瓷得到了廣泛的研究。其增韌機製是類似（sì）於晶須對材料的（de）裂紋橋聯增韌、裂紋偏轉和晶粒拔出效應，其中橋聯增韌是主要（yào）增韌機製。

　　參考來源： [1]張月林等.氧化鋁陶瓷增韌的研究進展 [2]路學（xué）成等.氧化鋁陶（táo）瓷增韌技（jì）術及機理 [3]張（zhāng）敬強.氧化鋁陶瓷增韌的研究現狀 [4]黃勇等.氧化鋁陶瓷（cí）增韌研究（jiū）進（jìn）展 (中國粉體網/山川) 注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除